KR102538006B1 - 목질 재료용 난연제 및 난연성 목질 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 흡습성이 낮고, 또한 난연성능도 우수한 난연성 목질 재료, 및 그를 위한 목질 재료용 난연제를 제공하는 것이다. 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 인 화합물과, 하기 화학식 2로 표시되는 질소 화합물을 포함하는 목질 재료용 난연제, 및 목질 재료가 상기 목질 재료용 난연제로 난연처리되어 있는, 난연성 목질 재료에 관한 것이다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기 등이고, n은 1 내지 4의 정수이고, X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기 등이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기 등이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기 등이고, n은 1 내지 4의 정수이고, X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기 등이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기 등이다.
Description
본 발명은 목질 재료용 난연제 및 난연성 목질 재료에 관한 것이다.
일반적으로, 주택 건축용 내장재 또는 외장재에는 가공성이 좋고 경량이며, 게다가 강도 및 경제성이 우수한 목질 재료가 널리 사용되고 있다. 한편, 목질 재료는 착화하기 쉽고 불타기 쉽기 때문에 화재에 대한 안전성이 부족하다는 단점이 있었다.
종래, 이러한 목질 재료를 난연화하기 위해, 인산계 또는 붕산계의 난연제가 사용되었다. 이 난연제는 물에 용해시켜 수용액으로 만들어, 목질 재료에 도포(코팅) 또는 함침시킨다. 도포(코팅)로는 목질 재료의 표면층에밖에 난연성을 부여할 수 없기 때문에, 충분한 난연성능을 부여하기 위해서는 목질 재료의 내부에 난연제를 도입할 수 있는 함침처리가 바람직하다.
난연성능을 향상시키기 위해, 이하와 같은 난연제가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 4). 특허문헌 1에는, 포스폰산과 암모니아를 포함하는 수용액으로 이루어진 목질 재료용 난연화제로서, 이 수용액의 전량에 대하여, 35 내지 55 질량% 범위의 포스폰산과, 7.2 내지 14 질량% 범위의 암모니아를 포함하는 목질 재료용 난연화제가 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 물 100 중량부, 붕사 30 내지 50 중량부, 붕산 10 내지 30 중량부, 인산수소나트륨 10 내지 30 중량부와 소량의 착색제를 포함하는 내화제 용액이 기재되어 있다. 특허문헌 3에는, 붕산과 붕사가, 실온 이상으로 가온된 온도에서의 각각의 단독 화합물의 용해도를 초과하는 양으로 포함되어 형성된 붕소 화합물의 액상 조성물이 기재되어 있다. 특허문헌 4에는, 인산구아니딘 외에 인산을 보조제로서 사용하고, 물과 인산구아니딘과 인산의 중량비를 100:15 내지 75:0 내지 20으로 한 목재의 불연화·준불연화 약액이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 내지 4에 기재된 목질 재료용 난연제가 함침된 목질 재료는 모두 흡습성이 높고, 습기로 인해 난연제가 스며나온다는 단점이 있다. 특히 고온 다습한 일본의 환경에서는 물 및/또는 빗방울과 직접 접촉하지 않는 환경(예를 들면, 실내, 지하 등)일지라도, 습기로 인한 난연제의 스며나옴이 심하여, 난연성 목질 재료의 흡습성을 낮게 하는 것이 요망되었다.
따라서, 고온 고습의 환경에서도 흡습성이 충분히 낮고, 또한 난연성능도 우수한 난연성 목질 재료의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 흡습성이 낮고 또한 난연성능이 우수한 난연성 목질 재료, 및 그를 위한 목질 재료용 난연제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자가 저흡습성 및 난연성능이 우수한 난연성 목질 재료를 개발하기 위해 열심히 검토한 결과, 특정 구조를 갖는 유기 인산 화합물 및 특정 구조를 갖는 질소 화합물을 조합한 목질 재료용 난연제를 사용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 사실에 기초하여 완성된 것이다.
본 발명은 하기 항 1 내지 17에 나타낸 목질 재료용 난연제 및 난연성 목질 재료에 관한 것이다.
항 1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 인 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 질소 화합물을 포함하는 목질 재료용 난연제:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기, 할로겐 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 상기 치환된 알킬기는 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기 및 할로겐 원자로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기를 가지고, 상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 그 탄소 사슬 중에, 산소 원자, 질소 원자 및 황원자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있고;
n은 1 내지 4의 정수이고; 및
X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기, 또는 하이드록시기로 치환된 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 이소프로필기이고;
R4, R5, 및 R6는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 페닐기, o-톨루일기, m-톨루일기, 또는 p-톨루일기이고; 및
R7은 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2이다.
항 2. 상기 유기 인 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 수소 원자 또는 하이드록시기이고; R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고; X1 및 X2가 하이드록시기이고; 및 n이 1인 화합물인, 상기 항 1에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 3. 상기 질소 화합물은, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이고; 및 R7이 수소 원자, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물인, 상기 항 1 또는 2에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 4. 상기 질소 화합물이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대해 0.7몰 당량 이상 1.6몰 당량 이하의 양으로 포함되는, 상기 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 5. 하기 화학식 3으로 표시되는 무기 인 화합물을 더 포함하는, 상기 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 목질 재료용 난연제:
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서, k는 0 이상 100 이하의 정수이다.
항 6. 상기 질소 화합물이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대하여 0.95배 이상 1.4배 이하의 양으로 포함되는, 상기 항 5에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 7. 상기 질소 화합물이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대하여 0.97배 이상 1.2배 이하의 양으로 포함되는, 상기 항 5 또는 6에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 8. 상기 무기 인 화합물은, 상기 화학식 3에 있어서, k가 0 또는 1인 화합물인, 상기 항 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 9. 상기 유기 인 화합물과 상기 무기 인 화합물의 배합비가 질량비로 1:99 내지 75:25인, 상기 항 5 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 목질 재료용 난연제.
항 10. 목질 재료가 상기 항 1 내지 9 중 어느 한 항의 목질 재료용 난연제로 난연처리되어 있는, 난연성 목질 재료.
항 11. 목질 재료 중에, 상기 항 1 내지 9 중 어느 한 항의 목질 재료용 난연제를 하기 수학식 1의 함침율로 5% 이상 포함하는 난연성 목질 재료:
[수학식 1]
항 12. 목질 재료 중에, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 인 화합물과, 하기 화학식 2로 표시되는 질소 화합물을 포함하는 목질 재료용 난연제를, 하기 수학식 a의 함침율로 20% 이상 포함하는 난연성 목질 재료로서,
상기 목질 재료용 난연제 중에 포함되는 상기 질소 화합물이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대하여 1몰 당량 이상인, 난연성 목질 재료:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기, 할로겐 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 상기 치환된 알킬기는 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기, 및 할로겐 원자로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기를 가지고, 상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 그 탄소 사슬 중에, 산소 원자, 질소 원자 및 황원자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있고;
n은 1 내지 4의 정수이고; 및
X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기, 또는 하이드록시기로 치환된 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 이소프로필기이고;
R4, R5, 및 R6는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 페닐기, o-톨루일기, m-톨루일기, 또는 p-톨루일기이고; 및
R7은 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2이다.
[수학식 1]
항 13. 상기 유기 인 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 수소 원자 또는 하이드록시기이고, R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며, X1 및 X2가 하이드록시기이고, n이 1인 화합물인, 상기 항 12에 기재된 난연성 목질 재료.
항 14. 상기 질소 화합물은, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이고, R7이 수소 원자, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물인, 상기 항 12 또는 13에 기재된 난연성 목질 재료.
항 15. 상기 함침율이 40% 이상인, 상기 항 12 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 난연성 목질 재료.
항 16. 상기 함침율이 80% 이상인, 상기 항 12 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 난연성 목질 재료.
항 17. 상기 목질 재료용 난연제 중에 포함되는 질소 화합물이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대해 1.6몰 당량 이하인, 상기 항 12 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 난연성 목질 재료.
본 발명의 목질 재료용 난연제는 저흡습성 및 난연성이 우수하다. 본 발명의 난연성 목질 재료는 목질 재료 중에 상기 목질 재료용 난연제를 포함함으로써, 흡습성이 충분히 낮고 또한 우수한 난연성능을 발휘할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
1. 목질 재료용 난연제
본 발명의 목질 재료용 난연제는 유기 인 화합물과 질소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 목질 재료용 난연제는 필요에 따라 무기 인 화합물을 포함할 수 있다.
1-1. 유기 인 화합물
유기 인 화합물로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물(이하, "유기 인 화합물 (1)"이라고 하는 경우도 있다.)을 사용한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1, R2, X1, X2, 및 n은 상기와 같다.
본 명세서에 있어서, 할로겐 원자로서, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서, 예를 들면, 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 등의 직쇄상 알킬기; 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸 등의 분지쇄상 알킬기를 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로 원자로서, 예를 들면, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
R1 및 R2가, 치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 경우, 이 치환된 알킬기는 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기 및 할로겐 원자로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기를 갖는다. 치환기로서는 하이드록실기가 바람직하다. 치환기의 수는 1 내지 2개가 바람직하고, 1개가 보다 바람직하다. 또한, R1 및 R2로서, 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기(단순히 "탄소수 1 내지 6의 알킬기"라고도 한다.)가 보다 바람직하고, 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기(단순히 "탄소수 1 내지 4의 알킬기"라고도 한다.)가 더욱 바람직하다.
X1 및 X2가, 하이드록시기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 경우, 하이드록시기의 수는 1 내지 2개가 바람직하고, 1개가 보다 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1 중의 "포함하고 있어도 좋으며"란, R1 및 R2로서의 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기가, 그 탄소 사슬 중에 적어도 1개의 상기 헤테로 원자를 포함하는 경우 또는 포함하지 않는 경우 중 어느 하나의 상태임을 의미한다. 헤테로 원자의 수는 0 내지 2개가 바람직하고, 0 내지 1개가 보다 바람직하며, 0개, 즉 헤테로 원자를 포함하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
이들 유기 인 화합물 (1) 중에서도, 바람직한 화합물은. 상기 화학식 1에 있어서, R1이 수소 원자 또는 하이드록시기이고, R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며, X1 및 X2가 하이드록시기이고, n이 1인 화합물이다.
보다 바람직한 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 하이드록시기이고, R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, X1 및 X2가 하이드록시기이고, n이 1인 화합물이다.
더욱 바람직한 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 하이드록시기이고, R2가 메틸기이며, X1 및 X2가 하이드록시기이고, n이 1인 화합물이다.
구체적으로는, 유기 인 화합물 (1)로서, 예를 들면, 에틸렌 비스포스폰산, 디메틸아미노메틸렌 비스포스폰산, 1-하이드록시에틸렌 비스포스폰산, 1-아미노에틸렌 비스포스폰산, 플루오로메틸렌 비스포스폰산, tert-부틸하이드록시메틸렌 비스포스폰산, 클로로메틸렌 비스포스폰산, 디브로모메틸렌 비스포스폰산, 비스(2-하이드록시에틸)아미노메틸렌 비스포스폰산, 테트라메틸렌 비스포스폰산, 메틸렌 비스포스폰산, 디플루오로메틸렌 비스포스폰산, 클로드론산, 파미드론산, (아미노메틸렌)비스포스폰산, 1-하이드록시에탄-1,1-디포스폰산, 1,3-프로판디일 비스포스폰산, 3-아미노프로필리덴 비스포스폰산, 옥시드론산, 에틸리덴 비스포스폰산, 1-플루오로에틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-2-(메틸아미노)에틸리덴 비스포스폰산, 1-아미노에틸리덴 비스포스폰산, 2-(3-메르캅토프로필티오)에틸리덴 비스포스폰산, 2-하이드록시에틸리덴 비스포스폰산, 1-아미노-2-하이드록시에틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-2-(디메틸아미노)에틸리덴 비스포스폰산, 2-메르캅토에틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-2-아미노에틸리덴 비스포스폰산, 2-(디메틸아미노)에틸리덴 비스포스폰산, 1-(디메틸아미노)-2-하이드록시에틸리덴 비스포스폰산, 1-(메틸아미노)-2-하이드록시에틸리덴 비스포스폰산, 프로필리덴 비스포스폰산, 올파드론산, 1-플루오로프로필리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시프로필리덴 비스포스폰산, 이소프로필리덴 비스포스폰산, 3-아미노프로필리덴 비스포스폰산, 부틸리덴 비스포스폰산, 1-플루오로부틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시부틸리덴 비스포스폰산, 알렌드로네이트, 1-플루오로펜틸리덴 비스포스폰산, 1-플루오로헥실리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-2-(메틸아미노)에틸리덴 비스포스폰산, 헵틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시헥실실리덴 비스포스폰산, 헥실리덴 비스포스폰산, 펜틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-4-메틸펜틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시헵틸리덴 비스포스폰산, 메틸렌 비스포스핀산, 에틸렌 비스포스핀산, 1,2-프로필렌 비스포스핀산, 1,3-프로필렌 비스포스핀산, 1,4-부틸렌 비스포스핀산, 에틸렌-비스-(하이드록시메틸)-포스핀산, 에틸렌-비스-(1-하이드록시에틸)-포스핀산, 에틸렌-비스-(1-하이드록시-1-메틸에틸)-포스핀산, 에틸렌-비스-(2-하이드록시-2-프로필)-포스핀산, 에틸렌-비스-(1-하이드록시-1-메틸-1-프로필)-포스핀산, 1,2-프로필렌-비스-(1-하이드록시-1-메틸에틸)-포스핀산 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 바람직한 유기 인 화합물 (1)은 tert-부틸하이드록시메틸렌 비스포스폰산, 메틸렌 비스포스폰산, 1-하이드록시에탄-1,1-디포스폰산, 옥시드론산, 에틸리덴 비스포스폰산, 프로필리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시프로필리덴 비스포스폰산, 부틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시부틸리덴 비스포스폰산, 헵틸리덴 비스포스폰산, 헥실리덴 비스포스폰산, 펜틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시헥실리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시-4-메틸펜틸리덴 비스포스폰산, 1-하이드록시헵틸리덴 비스포스폰산 등이다.
보다 바람직한 유기 인 화합물 (1)은 tert-부틸하이드록시메틸렌 비스포스폰산, 1-하이드록시에탄-1,1-디포스폰산, 옥시드론산, 1-하이드록시프로필리덴 비스포스폰산, 및 1-하이드록시부틸리덴 비스포스폰산이다.
더욱 바람직한 유기 인 화합물 (1)은 1-하이드록시에탄-1,1-디포스폰산이다.
1-2. 질소 화합물
질소 화합물로서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물(이하, "질소 화합물(2)"라고 하는 경우도 있다.)을 사용한다:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 상기와 같다.
질소 화합물 (2) 중에서, 바람직하게는 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이며, R7이 수소 원자, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=0)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물이다.
보다 바람직한 질소 화합물 (2)는, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이며, R7이 수소 원자, -C(=0)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물이다.
더욱 바람직한 질소 화합물 (2)는, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, R6, 및 R7이 수소 원자인 화합물이다.
구체적으로는, 질소 화합물 (2)로서, 예를 들면, 구아니딘, 아미노구아니딘, 디시안디아미드, 니트로구아니딘, 1-니트로구아니딘, 구아닐 우레아, 비구아니드, 메트포르민, 1-메틸구아니딘, 1-에틸구아니딘, 1-n-프로필구아니딘, 1-이소프로필구아니딘, 2-메틸구아니딘, 2-에틸구아니딘, 2-n-프로필구아니딘, 2-이소프로필구아니딘, 펜타메틸구아니딘, 1-페닐구아니딘, 1,3-디페닐구아니딘, 1,2,3-트리페닐구아니딘, 1-(o-톨릴)구아니딘, 1-(o-톨릴)비구아니드 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 바람직한 질소 화합물 (2)는 구아니딘, 아미노구아니딘, 디시안디아미드, 니트로구아니딘, 1-니트로구아니딘, 구아닐우레아, 비구아니드 등이다.
보다 바람직한 질소 화합물 (2)는 구아니딘, 구아닐우레아 및 비구아니드이다.
더욱 바람직한 질소 화합물 (2)는 구아니딘이다.
질소 화합물 (2)는 염이어도 좋다. 질소 화합물 (2)의 염으로서, 예를 들면, 질소 화합물 (2)의 탄산염, 염산염, 질산염, 황산염, 브롬화수소염, 요오드화수소염, 설파민산염, 티오시안산염 등을 들 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 질소 화합물에는 질소 화합물의 염도 포함된다.
상기 목질 재료용 난연제에 포함되는 유기 인 화합물 (1)과 질소 화합물 (2)의 비율은 유기 인 화합물 (1)의 산가에 대한 질소 화합물 (2)의 몰 당량으로 표시된다. 상기 비율은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 질소 화합물 (2)가 상기 유기 인 화합물 (1)의 산가에 대해 0.7몰 당량 이상의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 0.85몰 당량 이상의 양으로 포함되는 것이 보다 바람직하며, 0.95몰 당량 이상의 양으로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 질소 화합물 (2)가 유기 인 화합물 (1)의 산가에 대해 1.6몰 당량 이하의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 1.3몰 당량 이하의 양으로 포함되는 것이 보다 바람직하다.
여기서, 본 명세서에 있어서, 유기 인 화합물 (1)의 산가란, pH가 7 이상 11 이하의 범위 내로 나타나는 중화점(변곡점)을 종점으로 하며, 이 종점까지 필요한 용액량으로부터 산출되는 수치이다. 또한, 산가의 측정은 JIS K 0070의 전위차 적정법에 준하여, 상기 유기 인 화합물 (1) 또는 그 용액을 시료로 하여, 적정(滴定)에 알칼리 용액을 사용하여 실시한다.
1-3. 무기 인 화합물
본 발명의 목질 재료용 난연제는 필요에 따라, 하기 화학식 3으로 표시되는 무기 인 화합물(이하 "무기 인 화합물 (3)"이라고 하는 경우도 있다.)을 포함할 수 있다:
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서, k는 0 이상 100 이하의 정수이다.
본 발명의 목질 재료용 난연제가 유기 인 화합물 (1) 및 질소 화합물 (2) 이외에 무기 인 화합물 (3)을 더 포함함으로써, 목질 재료용 난연제의 보존안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 명세서에서의 보존안정성이란, 목질 재료용 난연제를 용매에 용해 또는 분산시킨 상태(용액 또는 현탁액)에서, 장기간 보관 또는 정치했을 때에, 고체가 석출되지 않는 것을 의미한다.
본 발명의 목질 재료용 난연제의 보존안정성이 향상됨으로써, 목질 재료용 난연제를 고농도로 포함하는 용액 등의 상태에서 보관하여도 결정의 석출을 억제할 수 있다. 이로써, 본 발명의 목질 재료용 난연제의 이송 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 목질 재료용 난연제를 고농도로 포함하는 용액 등을 목질 재료에 함침시킴으로써, 목질 재료로의 함침율이 향상되므로, 목질 재료의 더 높은 난연화에 기여할 수 있다. 무기 인 화합물을 더 포함하는 본 발명의 목질 재료용 난연제도 또한, 원하는 난연성 기능에 따라 적절히 희석하여 사용할 수 있다.
무기 인 화합물 (3) 중에서, 바람직하게는, 상기 화학식 3에 있어서, k가 0 또는 1의 정수인 화합물이며, 보다 바람직하게는 상기 화학식 3에 있어서, k가 1인 화합물이다.
구체적으로는 무기 인 화합물 (3)으로서, 예를 들면, 인산, 피로인산, 폴리인산 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 바람직한 무기 인 화합물 (3)은 인산 및 피로인산이며, 보다 바람직하게는 피로인산이다.
상기 목질 재료용 난연제가 유기 인 화합물 (1), 질소 화합물 (2) 및 무기 인 화합물 (3)을 포함하는 경우, 3성분의 비율은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 질소 화합물 (2)가 상기 유기 인 화합물 (1)의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물 (3)의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대해 0. 95배 이상의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 0.97배 이상의 양으로 포함되는 것이 보다 바람직하며, 0.98배 이상의 양으로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 조건을 충족하도록 질소 화합물 (2)를 포함함으로써, 보다 저흡습성이 우수한 난연성 목질 재료를 얻을 수 있다. 한편, 상기 질소 화합물 (2)가 상기 유기 인 화합물 (1)의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물 (3)의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대해 1.4배 이하의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 1.2배 이하의 양으로 포함되는 것이 보다 바람직하며, 1.1배 이하의 양으로 포함되는 것이 더욱 바람직하고, 1.05배 이하의 양으로 포함되는 것이 특히 바람직하다.
여기서, 유기 인 화합물 (1)의 산가 및 그 측정방법은 상기와 동일하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 무기 인 화합물 (3)의 산가란, pH가 7 이상 11 이하의 범위 내에 나타나는 중화점(변곡점)을 종점으로 하고, 상기 종점까지 필요한 용액량으로부터 산출되는 수치이다. 또한, 산가의 측정은 JIS K 0070의 전위차 적정법에 준하여, 무기 인 화합물 (3)의 단체(simple substrate) 또는 그 용액을 시료로 하여, 적정(滴定)에 알칼리 용액을 사용하여 실시한다.
상기 목질 재료용 난연제가 인 화합물로서 유기 인 화합물 (1) 및 무기 인 화합물 (3)의 양쪽 모두를 포함하는 경우, 상기 유기 인 화합물 (1)과 상기 무기 인 화합물 (3)의 비율은 보존안정성을 부여하는 관점에서, 중량비로 1:99 내지 75:25인 것이 바람직하고, 10:90 내지 70:30인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 난연제 조성물은 용매를 첨가함으로써, 난연제 용액 또는 난연제 현탁액으로서 사용할 수 있다. 용매로서, 물, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 이황화탄소 등을 들 수 있다. 난연제 용액 또는 난연제 현탁액에서의 난연제 조성물의 농도는 특별히 한정되지 않는다. 난연제 용액 또는 난연제 현탁액 중에 난연제 조성물을 고정 환산으로 4질량% 이상 포함하는 것이 바람직하며, 8질량% 이상 포함하는 것이 보다 바람직하고, 15질량% 이상 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 25질량% 이상 포함하는 것이 특히 바람직하다. 농도의 상한치도 특별히 한정되지 않는다. 난연제 용액 또는 난연제 현탁액 중에 난연제 조성물을 고정 환산으로 60질량% 이하의 양으로 포함하는 것이 바람직하고, 50질량% 이하의 양으로 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 목질 재료용 난연제는 질소 화합물 (2)와 유기 인 화합물 (1)이 결합하여 염을 형성한다. 또한, 본 발명의 목질 재료용 난연제가 무기 인 화합물 (3)을 더 포함할 경우에는, 질소 화합물 (2)와 유기 인 화합물 (1)이, 그리고 질소 화합물 (2)와 무기 인산 화합물 (3)이 결합하여 각각 염을 형성한다. 이들 염은 종래 공지된 목질 재료용 난연제에서 볼 수 있는 조해성(潮解性) 또는 흡습성을 나타내지 않는다. 따라서, 본 발명의 목질 재료용 난연제를 목질 재료에 포함시킴으로써, 습기로 인한 난연제의 스며 나옴을 충분히 억제할 수 있다.
2. 난연성 목질 재료
본 발명의 난연성 목질 재료는, 목질 재료가 상술한 목질 재료용 난연제로 난연처리되어 있다. 따라서, 본 발명의 난연성 목질 재료는 목질 재료 중에 상술 한 목질 재료용 난연제를 포함한다. 난연성 목질 재료 중에 특정 구조의 유기 인 화합물, 특정 구조의 질소 화합물, 및 필요에 따라 특정 구조의 무기 인 화합물이 특정 비율로 포함됨으로써, 우수한 저흡습성 및 난연성을 발휘할 수 있다.
난연성 목질 재료 중에 포함되는 상기 목질 재료용 난연제의 양은 특별히 한정되지 않는다. 요구되는 난연성능에 따라, 함량을 적절하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 하기 수학식 1의 함유율로 5% 이상이어도 좋고, 10% 이상이어도 좋으며, 15% 이상이어도 좋다.
본 발명의 난연성 목질 재료는 난연처리가 되지 않은 목질 재료에 비해 ISO5660-1 준거에 따른 총발열량 및 최대발열속도가 저감된다. 이로부터 본 발명의 목질 재료용 난연제는 목질 재료에 불꽃 접촉 후 불이 번지는 것을 억제하는 효과, 및 불꽃 접촉시의 인화 및 착화를 억제하는 효과를 부여할 수 있음을 알 수 있다.
불꽃 접촉시의 인화 및 착화를 억제하는 관점에서, 본 발명의 난연성 목질 재료 중에는, 상기 목질 재료용 난연제가 하기 수학식 1의 함침율로 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
상기 목질 재료용 난연제가 20% 이상의 함침율로 포함됨으로써, 본 발명의 난연성 목질 재료는 보다 우수한 난연성능을 발휘할 수 있다. 함침율의 하한값은 40% 이상이 바람직하고, 80% 이상이 보다 바람직하다. 상기 함침율의 상한값은 특별히 한정되지 않는다. 난연성 목질 재료의 이송 또는 건축작업시 취급의 관점에서, 170% 이하가 바람직하고, 130% 이하가 보다 바람직하다.
난연화의 대상인 목질 재료의 형상은 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 목재를 기계적으로 파쇄 또는 절삭하거나, 화학적으로 처리하여, 작은 조각 형태(칩, 스트랜드 등), 목모(木毛, wood wool) 형상 등으로 한 것을 원료로 하여 제조되는, 합판, 합판용 단판, 집성재, 파티클 보드, 파이버 보드 등; 천연의 목재로부터 잘라낸 판재, 종이, 펄프 등을 들 수 있다. 목질 재료의 용도에 대해서도 특별히 제한은 없으며, 가구, 주택 건축 재료 등을 목질 재료로서 사용할 수 있다. 목재의 종류에 대해서도 특별히 제한은 없고, 단풍나무, 떡갈나무, 오동나무, 밤나무, 느티나무, 너도밤나무, 자작나무, 들메나무, 삼나무, 노송나무, 소나무, 은행나무, 향나무, 솔송나무 등을 들 수 있다.
3. 난연성 목질 재료의 제조방법
목질 재료를 난연화하기 위한 처리방법은 공지의 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 도포, 코팅, 함침, 주입 등을 들 수 있다. 이 중에서, 함침 및 주입에 의한 처리방법이 바람직하다.
함침처리 및/또는 주입처리를 실시하는 경우, 목질 재료용 난연제를 용매에 용해시킨 용액 또는 분산시킨 현탁액을 사용하는 것이 바람직하다. 용매로서, 물, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 이황화탄소 등을 들 수 있다.
함침처리를 실시하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 가압에 의한 함침처리방법, 감압에 의한 함침처리방법, 상압에 의한 함침처리방법, 및 이들을 조합한 함침처리방법 등을 들 수 있다. 어떤 방법을 사용하여도 좋지만, 목질 재료용 난연제를 용이하게 주입하는 관점에서, 적어도 가압에 의한 함침처리방법 또는 감압에 의한 함침처리방법을 포함하는 것이 바람직하며, 적어도 감압에 의한 함침처리방법을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 가압은 통상 200 내지 3000kPa 정도, 바람직하게는 400 내지 2000kPa 정도로, 감압은 통상 0.1 내지 50kPa 정도, 바람직하게는 2 내지 30kPa 정도로 실시된다. 함침처리시간은 특별히 한정되지 않고, 난연화 처리를 실시하는 목질 재료의 크기에 맞춰 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어, 5분 내지 24시간 정도이다.
함침처리를 실시할 때의 목질 재료용 난연제 용액의 온도는 특별히 한정되지 않는다. 실온(15 내지 25℃ 정도)이어도 좋으며, 필요에 따라 25 내지 100℃의 범위로 조절하여도 좋다.
본 발명의 난연성 목질 재료는 필요로 되는 난연성능에 따라 목질 재료용 난연제의 함침량을 적절하게 조절할 수 있다. 목질 재료 단위체적당 주입한 목질 재료용 난연제의 질량(단위 : kg/m3 또는 g/cm3)으로 표시된다. 또한, 건조시의 목질 재료에 대해 주입한 목질 재료용 난연제의 질량은 하기 수학식 2로 표시되는 함침율로 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 함침율이 원하는 함침율, 예를 들어 20% 이상이 되도록 상기 목질 재료용 난연제의 주입량을 조절한다.
[수학식 2]
함침율의 하한값은 40% 이상이 바람직하고, 80% 이상이 보다 바람직하다. 상기 함침율의 상한값은 특별히 한정되지 않고, 170% 이하가 바람직하며, 130% 이하가 보다 바람직하다.
함침처리를 실시할 때, 처리에 제공하는 목질 재료는 미리 건조시켜 두는 것이 바람직하다. 건조방법은 천일건조, 가열로를 이용한 강제건조 등의 어느 것이어도 좋다. 건조의 정도는 통상적으로 목재에 휨, 균열 등이 생기지 않는 범위에서 가능한 한 건조시키는 것이 바람직하다.
함침처리 후의 목질 재료는 건조시키는 것이 바람직하다. 건조 온도는 통상 30 내지 150℃ 정도, 바람직하게는 50 내지 100℃ 정도로 한다. 건조로는 용매의 비점 이상으로 가열할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들어, 열풍식 건조로, 적외선식 건조로 등을 사용할 수 있다. 또한, 함침처리 후의 목질 재료는 건조시키기 전에, 수분을 포함한 상태에서 양생처리를 수행하여도 좋다. 함침처리 후의 목질 재료에 대해 건조 전에 양생처리를 실시함으로써, 목질 재료의 내부까지 본 발명의 목질 재료용 난연제가 침투하여 흡습성을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 난연성 목질 재료는 필요에 따라 상기 목질 재료용 난연제 이외의 공지의 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로서, 염료, 착색 안료, 소포제, 분산제, 유화제, 침투제, 염화합물 등을 들 수 있다. 상기 첨가제는 함침처리에 사용되는 난연제 용액 중에 첨가하여 함침처리함으로써, 목질 재료에 난연성 이외의 효과를 부여할 수 있다. 상기 첨가제의 첨가량은 목질 재료의 난연성을 저해하지 않는 범위에서 적절히 조정하면 된다.
본 발명의 난연성 목질 재료는 난연성이 우수하면서 흡습성이 억제되어 있다. 따라서, 본 발명의 난연성 목질 재료는 그대로, 주택, 점포 및 기타 건축 구조물의 내외장, 가구재, 토목 기초재 등에 이용할 수 있다. 또한, 목질 재료의 표면을 공지의 방수제를 사용하여 방수 도장하여 사용하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예에 사용하는 유기 인 화합물 (1)의 산가 (KOHmg/g), JIS K0070 전위차 적정법에 준하여 측정하였다. 적정(滴定)에는 하라누마산업주식회사제 히라누마 자동적정장치 COM-1700을 사용하였다.
(실시예 1)
이하의 방법에 따라, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(1) 목질 재료용 난연제 용액의 조제
60질량%의 1-하이드록시에탄-1,1-디포스폰산(이하, HEDP로 약칭한다.) 수용액(도쿄화성공업(주)제)(산가 : 507mg-KOH/g) 64.9g, 및 물 685.6g을 용기에 덜어, 교반하면서 탄산구아니딘 61.2g(도쿄화성공업(주)제)(HEDP의 산가에 대해 1.16몰 당량)을 첨가하여, 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 10질량%)을 조제하였다.
(2) 난연성 목질 재료 시험편의 제조
목질 재료로서, 100mm×100mm×18mm의 삼나무 변재 판목판을 사용하였다. 상기 목질 재료를 60℃의 송풍 건조기로 충분히 건조하고, 초기 건조 후의 질량(Wi)을 칭량하였다. 상기 목질 재료를 난연제 수용액 속에 가라앉히고, 실온(20℃)에서 감압 장치를 사용하여 5 내지 7kPa로 3 내지 4시간 감압한 후, 상압으로 되돌려 실온에서 하룻밤 침지하여 함침처리하였다. 그 후, 함침처리한 목질 재료를 상기 난연제 용액에서 꺼내어 60℃의 송풍 건조기로 항량이 될 때까지 건조함으로써, 난연성 목질 재료를 얻었다. 난연성 목질 재료 시험편의 질량(Wt)을 계측하고, 하기 수학식 3에 의해 함침율을 산출하였다.
[수학식 3]
(실시예 2)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 507mg-KOH/g) 147.9g, 물 661.2g, 및 탄산구아니딘 139.5g(HDEP의 산가에 대해 1.16몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 20질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 3)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 511mg-KOH/g) 246.6g, 물 586g, 및 탄산구아니딘 232.6g(HEDP의 산가에 대해 1.15몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 30질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 4)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 511mg-KOH/g) 215.3g, 물 368.5g, 및 탄산구아니딘 176.4g(HEDP의 산가에 대해 1몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 35질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 5)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 517mg-KOH/g) 78.7g, 물 778.5g, 및 탄산구아니딘 65.3g(HEDP의 산가에 대해 1몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 10질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 6)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 517mg-KOH/g) 63.5g, 물 784.7g, 및 탄산구아니딘 79.0g(HEDP의 산가에 대해 1.5몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 10질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 7)
이하의 방법에 따라, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(1) 목질 재료용 난연제 용액의 조제
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 555.0g, 및 물 1248.2g을 용기에 덜어, 교반하면서 탄산구아니딘 360.4g(도코화성공업(주)제)(HEDP의 산가에 대해 0.8몰 당량)을 첨가하여, 목질재료용 난연제 수용액(고체 환산 29질량%)을 조제하였다.
(2) 난연성 목질 재료 시험편의 제조
목질 재료로서, 100mm×100mm×18mm의 삼나무 변재 판목판을 사용하였다. 상기 목질 재료를 60℃의 송풍 건조기로 충분히 건조하고, 초기 건조 후의 질량(Wi)을 칭량하였다. 상기 목질 재료를 난연제 수용액 속에 가라앉히고, 실온(20℃)에서 감압장치를 사용하여 5 내지 7kPa로 3 내지 4시간 감압한 후, 상압으로 되돌려 60℃에서 하룻밤 침지하여 함침처리하였다. 그 후, 함침처리한 목질 재료를 상기 난연제 용액에서 꺼내어 실온(23℃)에서 4일간 양생처리를 실시하고, 송풍 건조기에 넣어 40℃에서 4일간 건조한 후, 60℃에서 항량이 될 때까지 건조함으로써, 난연성 목질 재료를 얻었다. 난연성 목질 재료 시험편의 질량(Wt)을 계측하고, 상기 수학식 3에 의해 함침율을 산출하였다.
(실시예 8)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 493.3g, 물 1200.2g, 및 탄산구아니딘 360.3g(HEDP의 산가에 대해 0.9몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 28질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(실시예 9)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 507mg-KOH/g) 26.0g, 물 591.2g, 및 탄산구아니딘 24.5g(HEDP의 산가에 대해 1.16몰 당량)을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 5질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(비교예 1)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 527mg-KOH/g) 237.0g, 물 527.9g, 및 28질량%의 암모니아수(와코쥰야쿠공업(주)제)(HEDP의 산가에 대해 1몰 당량) 135.1g을 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 20질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(비교예 2)
상기 특허문헌 2(일본 특허공개 2007-55271호 공보)를 참고로, 붕산을 주성분으로 하는 목질재료용 난연제 수용액을 조제하였다. 물 900g을 용기 안에 넣어 90℃로 가열한 후, 붕사(사붕산나트륨10수염)(키시다화학(주)제) 350g과 인산알루미늄(키시다화학(주)제) 5g과 붕산(키시다화학(주)제) 150g을 첨가하여 액이 투명하게 될 때까지 교반하고, 추가로 액온이 92℃가 될 때까지 액을 가열함으로써 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 36질량%)을 조제하여, 실시예 1과 동일한 방법으로, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(비교예 3)
상기 특허문헌 5(일본 특허공개 2007-160570호 공보)를 참고로 하여, 인산구아니딘으로 이루어진 목질 재료용 난연제 수용액을 조제하였다. 85질량%의 인산 수용액(키시다화학(주)제) 195g, 및 물 822.8g을 용기에 덜어, 교반하면서 탄산구아니딘 240.5g을 첨가하고, 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 27.5질량%)을 조제하여, 실시예 1과 동일한 방법으로, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(비교예 4)
목질 재료용 난연제 수용액에 의한 함침처리를 실시하지 않고, 60℃의 송풍건조기로 항량(恒量)이 될 때까지 건조한 목질 재료를 시험편으로서 사용하였다.
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 난연성 목질 재료 시험편에 대해, 이하의 발열성 시험 및 흡습성 시험을 실시하였다.
[발열성 시험]
발열성 시험은 ISO5660에 준거하여 실시하였다. 콘칼로리미터(corn Calorimeter)에 의해 시험을 실시하여, 이하의 3개의 기준에 기초하여 난연성을 평가하였다. 또한, 방사조도(放射照度)는 50kW/m2로 하였다.
(1) 총발열량이 8MJ/m2 이하.
(2) 최고발열속도가 10초 이상 계속되어 200kW/m2를 초과하지 않을 것.
(3) 화재 방지상 유해한 뒷면까지 관통하는 균열 및 구멍이 없을 것.
상기 3개의 기준을 20분간 만족한 것을 "불연재료"로 하고, 10분간 만족한 것을 "준불연재료"로 하며, 5분간 만족한 것을 "난연재료"로 하고, 2분 30초간 만족한 것을 "준난연재료"로 하며, 모두 만족하지 않는 것을 "불합격"으로 하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
[흡습성 시험]
각 난연성 목질 재료를 40℃, 90% RH의 항온항습기에 항량이 될 때까지 방치하여, 하기 수학식 4에 의해 흡습율을 산출하였다.
[수학식 4]
흡습율이 25% 이하인 것을 "3"으로 하고, 25% 초과 30% 이하인 것을 "2"로 하며, 30% 초과 40% 이하인 것을 "1"로 하고, 40%를 초과하는 것을 "0"으로 하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1로부터, 비교예 1 내지 3의 난연성 목질 재료 시험편은 실시예 1 내지 9에 비해 흡습율이 높음을 알 수 있었다.
한편, 실시예 1 내지 9의 난연성 목질 재료 시험편은 저흡습성이 우수하였으며, 발열성 시험에 의한 난연성능이 준난연재료 이상으로 평가되었다.
(실시예 10)
이하의 방법에 따라, 난연성 목질 재료 시험편을 제작하였다.
(1) 목질 재료용 난연제 용액의 조제
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 268.4g, 피로인산(산가 : 1166mgKOH/g, 키시다화학(주)제) 69.1g(HEDP : 피로인산의 질량비 = 70:30), 및 물 1003.5g을 용기에 덜어, 용해될 때까지 교반하였다. 이 수용액에, 교반하면서 탄산구아니딘(도쿄화성공업(주)제) 347.0g을 첨가하여, 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 30질량%)을 제조하였다.
HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 217.6g이며, 피로인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 129.4g이기 때문에, 필요한 탄산구아니딘의 양(양자의 총합)은 347.0g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 10의 목질 재료용 난연제 수용액에는 양자의 총합과 동량의 구아니딘이 포함된다.
(2) 난연성 목질 재료 시험편의 제조
목질 재료로서, 100mm×100mm×18mm의 삼나무 변재 판목판을 사용하였다. 상기 목질 재료를 60℃의 송풍 건조기로 충분히 건조하고, 초기 건조 후의 질량(Wi)을 칭량하였다. 상기 목질 재료를 난연제 수용액 속에 가라앉히고, 실온(23℃)에서 감압장치를 사용하여 5 내지 7kPa로 3 내지 4시간 감압한 후, 상압으로 되돌려 실온에서 하룻밤 침지하여 함침처리하였다. 그 후, 함침처리한 목질 재료를 상기 난연제 용액에서 꺼내어 실온(23℃)에서 4일간 양생처리를 실시하고, 송풍 건조기에 넣어 40℃에서 4일간 건조한 후, 60℃에서 항량이 될 때까지 건조함으로써, 난연성 목질 재료를 얻었다. 난연성 목질 재료 시험편의 질량(Wt)을 계측하고, 상기 수학식 3에 의해 함침율을 산출하였다.
(실시예 11)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 249.9g, 피로인산 150.0g(산가 : 1166mg-KOH/g, HEDP : 피로인산의 질량비 = 50:50), 물 849.8g, 및 탄산구아니딘 483.8g를 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 42질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 10과 동일하게 하여 난연성 목질 재료를 얻었다. HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 202.6g이고, 피로인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 280.9g이기 때문에, 필요한 탄산구아니딘의 양(양자의 총합)은 483.5g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 11의 목질 재료용 난연제 수용액에는 양자의 총합과 동량의 구아니딘이 포함된다.
(실시예 12)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 90.0g, 피로인산 126.06g(산가 : 1172mg-KOH/g, HEDP : 피로인산의 질량비 = 30:70), 물 999.2g, 및 탄산구아니딘 310.2g를 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 27질량%)을 조제한 것 을 제외하고는 실시예 10과 동일하게 하여 난연성 목질 재료를 얻었다. HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 73.0g이고, 피로인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 237.2g이기 때문에, 필요한 탄산구아니딘의 양(양자의 총합)은 310.2g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 12의 목질 재료용 난연제 수용액에는 양자의 총합과 동량의 구아니딘이 포함된다.
(실시예 13)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 30.0g, 피로인산 162.0g(산가 : 1172mg-KOH/g, HEDP : 피로인산의 질량비 = 10:90), 물 1058.6g, 및 탄산구아니딘 329.3g를 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 27질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 10과 동일하게 하여 난연성 목질 재료를 얻었다. HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 24.3g이고, 피로인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 304.9g이기 때문에, 필요한 탄산구아니딘의 양(양자의 총합)은 329.2g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 13의 목질 재료용 난연제 수용액에는 양자의 총합과 동량의 구아니딘이 포함된다.
(실시예 14)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 505mg-KOH/g) 166.7g, 인산(산가 : 971.2mg-KOH/g, 키시다화학(주)제) 100.0g(HEDP : 피로인산의 질량비 = 50:50), 물 984.2g, 및 탄산구아니딘 291.3g를 사용하여 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 30질량%)을 조제한 것을 제외하고는 실시예 10과 동일하게 하여 난연성 목질 재료를 얻었다. HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 135.2g이고, 인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 156.0g이기 때문에, 필요한 탄산구아니딘의 양(양자의 총합)은 291.2g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 14의 목질 재료용 난연제 수용액에는 양자의 총합과 동량의 구아니딘이 포함된다.
(실시예 15)
60질량%의 HEDP 수용액(산가 : 511mg-KOH/g) 246.6g, 물 660.3g, 및 탄산구아니딘 202.4g(HEDP의 산가에 대해 1몰 당량)을 사용하여, 목질 재료용 난연제 수용액(고체 환산 27질량%)을 조제하였다. HEDP의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 202.4g으로 산출되었다. 따라서, 실시예 15의 목질 재료용 난연제 수용액에는 HEDP에 대해 동량의 구아니딘이 포함된다.
(비교예 5)
피로인산 180.3g(산가 : 1172mg-KOH/g), 물 1089.1g, 및 탄산구아니딘 339.3g을 사용하여, 목질 재료용 난연재 수용액(고체 환산 27질량%)을 조제하였다. 피로인산의 산가에 대해 1몰 당량의 탄산구아니딘은 339.3g으로 산출되었다. 따라서, 비교예 5의 목질 재료용 난연제 수용액에는 피로인산에 대해 동량의 구아니딘이 포함된다.
[보존안정성 시험]
실시예 10 내지 15 및 비교예 5에서 조제한 목질 재료용 난연제 수용액을 실온(23℃)에서 정치하고, 경과 후의 상태를 육안에 의해 확인하였다. 7일간 이상 결정의 석출이 없는 경우를 "2"로 하고, 5일간 이상 결정의 석출이 없는 경우를 "1"로 하며, 5일간 이내에 결정의 석출이 확인되는 경우를 "0"으로 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2로부터, 무기 인 화합물 (3)을 더 포함한 실시예 10 내지 14의 목질 재료용 난연제 수용액은 보존안정성이 현저하게 우수함을 알 수 있었다. 특히, 실시예 11의 목질 재료용 난연제 수용액은 목질 재료용 난연제를 고농도로 포함하는 용액이며, 그 상태에서 7일간 이상 정치하여도 결정의 석출이 확인되지 않았기 때문에, 보존안정성이 현저하게 우수함을 알 수 있었다.
실시예 10 내지 14의 난연성 목질 재료 시험편에 대해, 상기 발열성 시험 및 흡습성 시험을 실시하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3으로부터, 실시예 10 내지 14의 난연성 목질 재료 시험편은 저흡습성이 우수하였으며, 발열성 시험에 의한 난연성능이 준난연재료 이상으로 평가되었다. 표 2 및 표 3으로부터, 실시예 10 내지 14의 난연성 목질 재료 시험편은 유기 인 화합물 (1) 및 질소 화합물 (2) 이외에, 무기 인 화합물 (3)을 더 포함함으로써, 난연성과 종래품보다 우수한 저흡습성을 유지하면서, 보존안정성도 우수함을 알 수 있다. 특히 실시예 11의 난연성 목질 재료 시험편은 고농도화된 목질 재료용 난연제 수용액을 사용함으로써, 발열성 시험에서의 총발열량이 더욱 저감되었고, 보다 높은 난연화가 달성되었음이 확인되었다.
Claims (22)
- 하기 화학식 1로 표시되는 유기 인 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 질소 화합물 또는 이의 염을 포함하는 목질 재료용 난연제:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기, 할로겐 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 상기 치환된 알킬기는 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기 및 할로겐 원자로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기를 가지고, 상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 그 탄소 사슬 중에, 산소 원자, 질소 원자 및 황원자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있고;
n은 1 내지 4의 정수이고; 및
X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기, 또는 하이드록시기로 치환된 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기 또는 이소프로필기이고;
R4, R5, 및 R6는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 페닐기, o-톨루일기, m-톨루일기, 또는 p-톨루일기이고; 및
R7은 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2이다.
- 제1항에 있어서,
상기 유기 인 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 수소 원자 또는 하이드록시기이고; R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고; X1 및 X2가 하이드록시기이고; 및 n이 1인 화합물인, 목질 재료용 난연제.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질소 화합물 또는 이의 염은, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이고; 및 R7이 수소 원자, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물 또는 이의 염인, 목질 재료용 난연제.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질소 화합물 또는 이의 염이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대해 0.7몰 당량 이상 1.6몰 당량 이하의 양으로 포함되는, 목질 재료용 난연제.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 화학식 3으로 표시되는 무기 인 화합물을 더 포함하는, 목질 재료용 난연제:
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서, k는 0 이상 100 이하의 정수이다.
- 제5항에 있어서,
상기 질소 화합물 또는 이의 염이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대하여, 0.95배 이상 1.4배 이하의 양으로 포함되는, 목질 재료용 난연제.
- 제5항에 있어서,
상기 질소 화합물 또는 이의 염이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량과 상기 무기 인 화합물의 산가에 대한 1몰 당량의 총합에 대하여 0.97배 이상 1.2배 이하의 양으로 포함되는, 목질 재료용 난연제.
- 제5항에 있어서,
상기 무기 인 화합물은, 상기 화학식 3에 있어서 k가 0 또는 1 인 화합물인, 목질 재료용 난연제.
- 제5항에 있어서,
상기 유기 인 화합물과 상기 무기 인 화합물의 배합비가 질량비로 1:99 내지 75:25인, 목질 재료용 난연제.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
용매를 더 함유하는 목질 재료용 난연제.
- 제10항에 있어서,
상기 용매가 물인 목질 재료용 난연제.
- 목질 재료가 제1항 또는 제2항의 목질 재료용 난연제로 난연처리된, 난연성 목질 재료.
- 목질 재료 중에 제1항 또는 제2항의 목질 재료용 난연제를 하기 수학식 1의 함침율로 5% 이상 포함하는 난연성 목질 재료:
[수학식 1]
.
- 제13항에 있어서,
상기 함침율이 20% 이상인 난연성 목질 재료.
- 제13항에 있어서,
상기 함침율이 40% 이상인 난연성 목질 재료.
- 제13항에 있어서,
상기 함침율이 80% 이상인 난연성 목질 재료.
- 목질 재료 중에, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 인 화합물과, 하기 화학식 2로 표시되는 질소 화합물 또는 이의 염을 포함하는 목질 재료용 난연제를, 하기 수학식 1의 함침율로 20% 이상 함유하는 난연성 목질 재료로서,
상기 목질 재료용 난연제 중에 포함되는 상기 질소 화합물 또는 이의 염이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대하여 1몰 당량 이상인, 난연성 목질 재료:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기, 할로겐 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 상기 치환된 알킬기는 아미노기, 하이드록시기, 메르캅토기 및 할로겐 원자로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기를 가지고, 상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 그 탄소 사슬 중에, 산소 원자, 질소 원자 및 황원자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있고;
n은 1 내지 4의 정수이고; 및
X1 및 X2는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 하이드록시기, 또는 하이드록시기로 치환된 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, R3는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 이소프로필기이고;
R4, R5, 및 R6는 동일하거나 다르며, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 페닐기, o-톨루일기, m-톨루일기, 또는 p-톨루일기이고; 및
R7은 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2이다.
[수학식 1]
.
- 제17항에 있어서,
상기 유기 인 화합물은, 상기 화학식 1에 있어서, R1이 수소 원자 또는 하이드록시기이고; R2가 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고; X1 및 X2가 하이드록시기이고; 및 n이 1인 화합물인, 난연성 목질 재료.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 질소 화합물 또는 이의 염은, 상기 화학식 2에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6가 수소 원자이고; 및 R7이 수소 원자, 아미노기, 시아노기, 니트로기, 니트로소기, -C(=O)-NH2, 또는 -C(=NH)-NH2인 화합물 또는 이의 염인, 난연성 목질 재료.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 함침율이 40% 이상인, 난연성 목질 재료.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 함침율이 80% 이상인, 난연성 목질 재료.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 목질 재료용 난연제 중에 포함되는 질소 화합물 또는 이의 염이 상기 유기 인 화합물의 산가에 대해 1.6몰 당량 이하인, 난연성 목질 재료.
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